"Химия", Еремин В.В., Кузьменко Н.Е., Дроздов А.А. и др./ Под ред. Лунина В.В.
Порядковый номер показывает, сколько протонов находится в ядре атома, а значит, помогает определить химический элемент и состав нейтрального атома. Массовое число складывается из протонов и нейтронов. Атомы одного элемента с разным числом нейтронов называют изотопами. По записи атома можно вычислить число частиц в его ядре и электронной оболочке, а также сравнить изотопы между собой.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Порядковый номер элемента Z показывает число протонов в ядре атома. Например, у элемента с Z = 11 в ядре 11 протонов. Это число нужно, чтобы определить элемент: атомы с разным количеством протонов относятся к разным элементам.
Массовое число A — общее число протонов и нейтронов в ядре. Протоны и нейтроны вместе называют нуклонами, поэтому A считают, складывая их количества. Массовое число помогает узнать, сколько частиц находится в ядре и сколько среди них нейтронов.
Изотопы — атомы одного химического элемента, у которых одинаковое число протонов, но разное число нейтронов. Поскольку элемент задаётся числом протонов, такие атомы остаются атомами одного элемента. Изотопы нужны, чтобы различать разновидности атомов с неодинаковой массой ядра.
Атом записывают в виде ²³₁₁Na: символ обозначает элемент, верхний индекс — массовое число A, а нижний — порядковый номер Z. В этой записи число протонов равно нижнему индексу, а число нейтронов можно найти вычитанием. Такое обозначение позволяет быстро восстановить состав атомного ядра.
Число протонов в ядре задаёт порядковый номер, потому что атомы с разным зарядом ядра обладают разными свойствами и относятся к разным химическим элементам. Заряд ядра создают именно положительно заряженные протоны. Поэтому, зная Z, можно определить элемент, даже если неизвестно число нейтронов.
В нейтральном атоме число электронов равно числу протонов: положительный заряд ядра уравновешивается отрицательным зарядом электронной оболочки. Если бы электронов было больше или меньше, суммарный заряд атома не был бы нулевым. Значит, порядковый номер позволяет узнать число электронов, но только если речь идёт о нейтральном атоме.
Массовое число включает протоны и нейтроны, а порядковый номер сообщает, сколько среди них протонов. Поэтому число нейтронов находят как разность: N = A − Z. Например, если A = 23, а Z = 11, то N = 12; проверка сложением даёт 11 + 12 = 23.
У изотопов одного элемента одинаковое число протонов, поэтому одинаковы их порядковый номер и заряд ядра. Но число нейтронов у таких атомов различается, а вместе с ним меняется и сумма протонов с нейтронами — массовое число. Именно различие в составе ядра позволяет обозначать изотопы одного элемента разными числами.
В записи ¹²₆C нижний индекс 6 показывает, что в ядре 6 протонов, а верхний индекс 12 — что всего в ядре 12 протонов и нейтронов. Значит, нейтронов 12 − 6 = 6; в нейтральном атоме электронов тоже 6. У ¹⁴₆C протонов и электронов также по 6, но нейтронов 14 − 6 = 8.
| Что сравниваем | Обозначение | Как определить |
|---|---|---|
| Порядковый номер | Z | Число протонов в ядре |
| Массовое число | A | Сумма протонов и нейтронов |
| Число протонов | Z | Равно порядковому номеру |
| Число нейтронов | N | N = A − Z |
| Число электронов в нейтральном атоме | e⁻ | Равно числу протонов, то есть Z |
| Различие между изотопами одного элемента | Одинаковое Z, разные A | Различаются числом нейтронов |
Сначала найдите верхний и нижний индексы в записи атома: это A и Z. Затем вычтите Z из A, чтобы получить число нейтронов; число протонов равно Z. Число электронов можно приравнять к Z, только если атом нейтрален.
В записи натрия верхнее число 23 — это массовое число A, а нижнее 11 — порядковый номер Z. Порядковый номер сразу даёт число протонов. Условие говорит об атоме без заряда, поэтому отдельно применяем правило для нейтрального атома.
Ответ: 11 протонов, 12 нейтронов и 11 электронов.
Число протонов задаёт порядковый номер, поэтому оно определяет нижний индекс. Для верхнего индекса нужно узнать общее число частиц в ядре: сложить протоны и нейтроны. Символ хлора — Cl, а его порядковый номер в условии равен 17.
Ответ: ³⁵₁₇Cl.
Оба атома обозначены символом C, и у обоих нижний индекс равен 6. Значит, они принадлежат одному элементу и имеют одинаковое число протонов. Верхние индексы различны, поэтому нужно отдельно вычислить число нейтронов в каждом ядре.
Ответ: это изотопы углерода. У них одинаковы число протонов и, в нейтральном состоянии, электронов; различаются число нейтронов и массовое число.
Порядковый номер иногда принимают за массовое число, потому что оба обозначения стоят рядом с символом элемента. Но Z — только число протонов, а A включает также нейтроны. Проверьте себя: массовое число должно быть не меньше порядкового, а разность A − Z даёт число нейтронов.
Другая ошибка — считать массовое число числом нейтронов. A показывает сумму протонов и нейтронов, поэтому для нахождения нейтронов из A вычитают Z. Проверить результат можно сложением: протоны плюс нейтроны должны снова дать A.
Изотопы могут ошибочно показаться атомами разных элементов, если у них разные массовые числа. Однако элемент определяется не массой ядра, а числом протонов: у изотопов Z одинаков. Сравните нижние индексы: если они равны, а верхние различаются, перед вами изотопы одного элемента.
Нельзя всегда приравнивать число электронов числу протонов: это правило действует для нейтрального атома. У иона электронов больше или меньше, чем протонов, из-за чего появляется общий заряд. Перед подсчётом электронов проверьте, сказано ли в условии, что атом нейтрален, и не указан ли заряд иона.
Чтобы разбираться в изотопах, нужно знать строение атома: в ядре находятся протоны и нейтроны, а вокруг ядра — электроны. Их заряды и расположение помогают понять, почему порядковый номер связан с составом атома. На этом строится подсчёт частиц по обозначению.
Порядковый номер связывает строение атома с периодической таблицей: по нему находят положение элемента и число протонов. Для нейтрального атома он также помогает определить число электронов. Поэтому запись атома дополняет сведения, которые можно получить из таблицы.
Изотопы пригодятся при изучении относительной атомной массы: природный элемент может состоять из нескольких изотопов. Кроме того, различия в ядрах важны при рассмотрении ядерных превращений. Понимание обозначений позволяет описывать состав ядра до изучения этих тем.
Почему порядковый номер определяет, какой это химический элемент?
У каждого химического элемента своё число протонов в ядре. Если число протонов изменится, атом будет относиться уже к другому элементу. Поэтому порядковый номер Z служит своеобразным адресом элемента в периодической таблице.
Как быстро найти число нейтронов в атоме?
Вычтите порядковый номер Z из массового числа A: N = A − Z. Например, в атоме ²³₁₁Na нейтронов 23 − 11 = 12. Сначала убедитесь, что используете именно массовое число, а не относительную атомную массу из таблицы.
Чем массовое число отличается от относительной атомной массы?
Массовое число A — целое число протонов и нейтронов в ядре конкретного атома. Относительная атомная масса элемента — величина, связанная со средним составом его природных изотопов, поэтому она может быть дробной. Эти понятия связаны, но не взаимозаменяемы.
Могут ли у атомов одного элемента быть разные массовые числа?
Да, такие атомы называются изотопами. У них одинаковое число протонов, но разное число нейтронов, поэтому различаются и массовые числа. Например, ¹²₆C и ¹⁴₆C — изотопы углерода.
Почему у нейтрального атома число электронов равно числу протонов?
Протон несёт положительный заряд, а электрон — такой же по величине отрицательный заряд. В нейтральном атоме суммарный заряд равен нулю, поэтому положительные и отрицательные заряды должны уравновешиваться. Если электронов не столько же, сколько протонов, атом становится заряженной частицей — ионом.
§ 45. Порядковый номер элемента. Изотопы
